论文部分内容阅读
[摘 要]裂解炉是乙烯生产装置的“龙头”和“关键”设备，而色谱仪能对被测样品进行全面的分析，即能鉴定混合物的组分，又能测出各组分的含量，因此工业色谱分析仪在乙烯生产中发挥着重要作用。本文主要介绍工业气相色谱分析仪在乙烯装置裂解工段中的应用，期待推进工业色谱分析仪在大型乙烯装置中的应用发展。
[关键词]色谱分析仪 裂解 乙烯 应用
中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0367-01
0 前言
乙烯是重要的化工原料，其产量成为衡量一个国家或地区石油化工发展的主要标志，因此乙烯装置就成为关系全局的核心生产装置。裂解炉是乙烯装置的“龙头”和“关键”设备，而工业色谱分析仪在控制裂解炉运行中又起着关键作用。因此，工业色谱分析仪的运行可靠，将影响整个乙烯联合工厂的“安、稳、长、满、优”运行。由于工业色谱分析仪系统比常规仪表复杂得多，同时又与乙烯装置的生产运行紧密关联，因此，正确设计和使用维护工业色谱分析仪是确保乙烯正常生产的重要环节之一。
1 工业气相色谱分析仪在乙烯装置裂解工段的应用
天津石化乙烯装置共有6台裂解炉，前后进行了多次改造、大检修，以适应原料的多样性，目前原料以石脑油为主。石脑油/柴油原料先经过急冷水预热到60℃，然后去脱砷反应器进行冷脱砷。脱砷后的石脑油/柴油以及未经脱砷的循环乙烷/丙烷、拔头油、轻烃原料在流量的控制下分四组进入裂解炉对流段预热，预热到一定温度后加入稀释蒸汽，在裂解炉对流段进一步预热到横跨温度后进入裂解炉辐射段进行裂解。出裂解炉辐射段的裂解气进入急冷锅炉（TLE）中急冷，同时发生超高压蒸汽。然后在急冷区把裂解气迅速冷却同时分离出裂解燃料油、裂解柴油、重裂解汽油以及工艺水，冷却介质为急冷油和急冷水，此后还要进行裂解气压缩、碱洗和干燥等。
工业气相色谱分析仪是对以石脑油（NAP）、轻石脑油（L―NAP）、常压柴油（AGO）、减压柴油（VGO）、加氢尾油（HVGO）、乙烷（C2H6）、液化石油气（LPG）等裂解料为原料，经蒸汽裂解炉裂解后产生的含有氢气、甲烷、烯烃和芳烃的裂解气进行在线分析，其目的是检测裂解原料转化为裂解产品——乙烯、丙烯、丁二烯的收率，以衡量裂解过程的效果。裂解炉出口裂解气的品质是乙烯装置产品质量的一个关键指标。
裂解炉出口裂解气通常是高温、气液混相，并含有杂质。在工艺管线的取样处安装特殊的采样装置。对采样介质进行降温、初步除去杂质的处理。样品进入预处理单元，除去样品中的重组分和水。样品通过恒温传输管线送至处理单元处理后进安装在分析小屋内的工业气相色谱分析仪。
工业气相色谱分析仪测量裂解气中的氢、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等组分。乙烯装置的主要产品是乙烯和丙烯。以丙烯/乙烯质量比或以甲烷/丙烯质量比为控制指标的裂解深度是控制裂解炉运行的最重要指标。操作人员根据分析结果，对裂解炉炉出口平均温度进行调控，保证进入乙烯分离单元的裂解气合格。
2 工艺分析点的设置
根据工艺要求的不同，乙烯裂解气的取样点一般有两处，一处在废热锅炉出口管道上，另一处在急冷器出口管道上。
废热锅炉出口管道中的物料温度高，约500℃左右，含水量约30%左右，压力约为91kPa，不含急冷油（在急冷器之前）。此处要注意防止结焦。
急冷器出口管道中的物料温度在200℃以上，含水量约6%左右，压力约91kPa，含有大量急冷油（约85%左右），此处要注意除油，无需采用除焦阀。
在裂解炉急冷气出口裂解气总管上设置分析采样点，检测裂解气中的氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等，对裂解炉产品进行监控。丙烯/乙烯的比值作为平均炉出口温度（COT）控制器的设定值，控制裂解炉的裂解深度。
在这里以丙烯/乙烯质量比为控制指标的裂解深度作为控制裂解炉运行的最重要指标，通过调节该指标可以控制乙烯、丙烯的产出比例和产出量，过高的裂解深度会影响裂解炉的运行寿命，过低的裂解深度则影响产出的产品产量，并增加裂解炉的能耗，影响生产成本。所以合适的裂解深度是既能满足产出产量的台区域，又能最大限度的抑制能耗，延长裂解炉的运行周期，减少清焦成本和检修成本。
3 采样探头
裂解炉出口裂解气组分分析点的样品为高温、脏凝缩的液体（重的碳氢和水）以及含有固体颗粒物。该处采用动态回流取样器来给样品降温冷凝、脱除重的烃类和颗粒物。
该装置由过滤逆流部件、列管式冷却器、涡流制冷管和温度控制器四个部分组成。其工作过程如下。
①高温、高含水、高油尘样品先经过滤逆流部件除去一部分液态油尘。
②用涡旋制冷管产生℃的制冷气源，经列管式冷却器换热冷却样品，使绝大多数的水分和重的烃类冷凝为液体，顺样品管流下，冲洗过滤逆流部件后，返回工艺管道。
③冷却后的样品用测温元件测量，温度控制器根据测温信号调节压缩空气出口压力（即调节冷气流量），以保持设定制冷温度，并控制样品出口阀门，使露点（含水量）达到要求的样品送出，再经简单的处理，吸附残留的水分和夹带的油雾后送色谱仪进行测量。如果样品温度超过设定温度16℃以上，则自动关闭样品出口阀门。
应用经验表明，采用电子压力温度控制取样器具有控制样气出口温度精度高，可避免因样品气温度变化和环境温度变化而带来的虚假样品浓度的变化，能够保证给工业气相色谱分析仪提供清洁样品。
4 工业色谱分析仪系统
分析仪小屋通常简称分析小屋，它是一种可安装一台或多台分析仪的封闭型建筑物，分析仪的维护全部在小屋内进行。分析小屋安装方式费用最高，但它对于需要高等级防护、用途重要且需要经常维护的分析仪是非常合理的，当环境条件很糟糕时，这种保护形式尤为必要。
乙烯装置分离部分通常设置27台工业色谱分析仪，裂解炉部分一般两台裂解炉设置一台工业色谱分析仪。乙烯装置中最大的分析小屋安装了9台工业色谱分析仪，安装在分析小屋内的两侧。分析小屋外挂处理器单元、电源分箱和信号接线箱等。所有工业色谱信号进入接线箱，通过电缆接入控制室的控制系统。在小屋外设置公用工程总管和排放总管。统一配置载气系统和标准气系统。
工业色谱分析仪通讯接口并联在一起，在控制室内通过交换机与其它分析小屋的分析仪局域网合并，形成一个专用可靠的在线分析仪系统网络。分析仪局域网通过MODBUS RTU和DCS通讯。操作人员在控制室内通过DCS系统远程监测现场工业色谱分析仪的数据，通过分析仪远程用户界面对分析仪进行操作、监视、管理和维护。
5 结束语
天津乙烯通过对裂解工段工业气相色谱分析仪系统的深入分析和调研，采用动态回流取样器来给样品降温冷凝、脱除重的烃类和颗粒物，采用先进的样品处理系统来保证分析仪在最短的滞后时间内能得到有代表性的工艺样品，并且将工业色谱分析仪通讯接口并联在一起，在控制室内通过交换机与其它分析小屋的分析仪局域网合并，形成一个专用可靠的在线分析仪系统网络，构成工业色谱分析仪系统。这可为其它乙烯装置裂解工段工业色谱仪的应用提供很好的借鉴。
参考文献
[1] 王松汉，何细耦主编.乙烯工艺技术.第1版[M].北京：中国石化出版社，2000.
[2] 武杰，庞增义主编.气相色谱仪器系统.第1版[M].北京：化学工业出版社，2007.
[关键词]色谱分析仪 裂解 乙烯 应用
中图分类号：TQ221.211 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0367-01
0 前言
乙烯是重要的化工原料，其产量成为衡量一个国家或地区石油化工发展的主要标志，因此乙烯装置就成为关系全局的核心生产装置。裂解炉是乙烯装置的“龙头”和“关键”设备，而工业色谱分析仪在控制裂解炉运行中又起着关键作用。因此，工业色谱分析仪的运行可靠，将影响整个乙烯联合工厂的“安、稳、长、满、优”运行。由于工业色谱分析仪系统比常规仪表复杂得多，同时又与乙烯装置的生产运行紧密关联，因此，正确设计和使用维护工业色谱分析仪是确保乙烯正常生产的重要环节之一。
1 工业气相色谱分析仪在乙烯装置裂解工段的应用
天津石化乙烯装置共有6台裂解炉，前后进行了多次改造、大检修，以适应原料的多样性，目前原料以石脑油为主。石脑油/柴油原料先经过急冷水预热到60℃，然后去脱砷反应器进行冷脱砷。脱砷后的石脑油/柴油以及未经脱砷的循环乙烷/丙烷、拔头油、轻烃原料在流量的控制下分四组进入裂解炉对流段预热，预热到一定温度后加入稀释蒸汽，在裂解炉对流段进一步预热到横跨温度后进入裂解炉辐射段进行裂解。出裂解炉辐射段的裂解气进入急冷锅炉（TLE）中急冷，同时发生超高压蒸汽。然后在急冷区把裂解气迅速冷却同时分离出裂解燃料油、裂解柴油、重裂解汽油以及工艺水，冷却介质为急冷油和急冷水，此后还要进行裂解气压缩、碱洗和干燥等。
工业气相色谱分析仪是对以石脑油（NAP）、轻石脑油（L―NAP）、常压柴油（AGO）、减压柴油（VGO）、加氢尾油（HVGO）、乙烷（C2H6）、液化石油气（LPG）等裂解料为原料，经蒸汽裂解炉裂解后产生的含有氢气、甲烷、烯烃和芳烃的裂解气进行在线分析，其目的是检测裂解原料转化为裂解产品——乙烯、丙烯、丁二烯的收率，以衡量裂解过程的效果。裂解炉出口裂解气的品质是乙烯装置产品质量的一个关键指标。
裂解炉出口裂解气通常是高温、气液混相，并含有杂质。在工艺管线的取样处安装特殊的采样装置。对采样介质进行降温、初步除去杂质的处理。样品进入预处理单元，除去样品中的重组分和水。样品通过恒温传输管线送至处理单元处理后进安装在分析小屋内的工业气相色谱分析仪。
工业气相色谱分析仪测量裂解气中的氢、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等组分。乙烯装置的主要产品是乙烯和丙烯。以丙烯/乙烯质量比或以甲烷/丙烯质量比为控制指标的裂解深度是控制裂解炉运行的最重要指标。操作人员根据分析结果，对裂解炉炉出口平均温度进行调控，保证进入乙烯分离单元的裂解气合格。
2 工艺分析点的设置
根据工艺要求的不同，乙烯裂解气的取样点一般有两处，一处在废热锅炉出口管道上，另一处在急冷器出口管道上。
废热锅炉出口管道中的物料温度高，约500℃左右，含水量约30%左右，压力约为91kPa，不含急冷油（在急冷器之前）。此处要注意防止结焦。
急冷器出口管道中的物料温度在200℃以上，含水量约6%左右，压力约91kPa，含有大量急冷油（约85%左右），此处要注意除油，无需采用除焦阀。
在裂解炉急冷气出口裂解气总管上设置分析采样点，检测裂解气中的氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烯、丙烷等，对裂解炉产品进行监控。丙烯/乙烯的比值作为平均炉出口温度（COT）控制器的设定值，控制裂解炉的裂解深度。
在这里以丙烯/乙烯质量比为控制指标的裂解深度作为控制裂解炉运行的最重要指标，通过调节该指标可以控制乙烯、丙烯的产出比例和产出量，过高的裂解深度会影响裂解炉的运行寿命，过低的裂解深度则影响产出的产品产量，并增加裂解炉的能耗，影响生产成本。所以合适的裂解深度是既能满足产出产量的台区域，又能最大限度的抑制能耗，延长裂解炉的运行周期，减少清焦成本和检修成本。
3 采样探头
裂解炉出口裂解气组分分析点的样品为高温、脏凝缩的液体（重的碳氢和水）以及含有固体颗粒物。该处采用动态回流取样器来给样品降温冷凝、脱除重的烃类和颗粒物。
该装置由过滤逆流部件、列管式冷却器、涡流制冷管和温度控制器四个部分组成。其工作过程如下。
①高温、高含水、高油尘样品先经过滤逆流部件除去一部分液态油尘。
②用涡旋制冷管产生℃的制冷气源，经列管式冷却器换热冷却样品，使绝大多数的水分和重的烃类冷凝为液体，顺样品管流下，冲洗过滤逆流部件后，返回工艺管道。
③冷却后的样品用测温元件测量，温度控制器根据测温信号调节压缩空气出口压力（即调节冷气流量），以保持设定制冷温度，并控制样品出口阀门，使露点（含水量）达到要求的样品送出，再经简单的处理，吸附残留的水分和夹带的油雾后送色谱仪进行测量。如果样品温度超过设定温度16℃以上，则自动关闭样品出口阀门。
应用经验表明，采用电子压力温度控制取样器具有控制样气出口温度精度高，可避免因样品气温度变化和环境温度变化而带来的虚假样品浓度的变化，能够保证给工业气相色谱分析仪提供清洁样品。
4 工业色谱分析仪系统
分析仪小屋通常简称分析小屋，它是一种可安装一台或多台分析仪的封闭型建筑物，分析仪的维护全部在小屋内进行。分析小屋安装方式费用最高，但它对于需要高等级防护、用途重要且需要经常维护的分析仪是非常合理的，当环境条件很糟糕时，这种保护形式尤为必要。
乙烯装置分离部分通常设置27台工业色谱分析仪，裂解炉部分一般两台裂解炉设置一台工业色谱分析仪。乙烯装置中最大的分析小屋安装了9台工业色谱分析仪，安装在分析小屋内的两侧。分析小屋外挂处理器单元、电源分箱和信号接线箱等。所有工业色谱信号进入接线箱，通过电缆接入控制室的控制系统。在小屋外设置公用工程总管和排放总管。统一配置载气系统和标准气系统。
工业色谱分析仪通讯接口并联在一起，在控制室内通过交换机与其它分析小屋的分析仪局域网合并，形成一个专用可靠的在线分析仪系统网络。分析仪局域网通过MODBUS RTU和DCS通讯。操作人员在控制室内通过DCS系统远程监测现场工业色谱分析仪的数据，通过分析仪远程用户界面对分析仪进行操作、监视、管理和维护。
5 结束语
天津乙烯通过对裂解工段工业气相色谱分析仪系统的深入分析和调研，采用动态回流取样器来给样品降温冷凝、脱除重的烃类和颗粒物，采用先进的样品处理系统来保证分析仪在最短的滞后时间内能得到有代表性的工艺样品，并且将工业色谱分析仪通讯接口并联在一起，在控制室内通过交换机与其它分析小屋的分析仪局域网合并，形成一个专用可靠的在线分析仪系统网络，构成工业色谱分析仪系统。这可为其它乙烯装置裂解工段工业色谱仪的应用提供很好的借鉴。
参考文献
[1] 王松汉，何细耦主编.乙烯工艺技术.第1版[M].北京：中国石化出版社，2000.
[2] 武杰，庞增义主编.气相色谱仪器系统.第1版[M].北京：化学工业出版社，2007.